土中應(yīng)力簡(jiǎn)介

土中應(yīng)力是指由于土體自重或荷載及其他原因，在土體中引起的單位面積上的作用力。對(duì)于地基。一般包括由覆蓋土層引起的自重應(yīng)力和由地面荷載引起的附加應(yīng)力。

根據(jù)不同的計(jì)算需要，應(yīng)力區(qū)分為總應(yīng)力和有效應(yīng)力。土中應(yīng)力是評(píng)價(jià)土體變形和穩(wěn)定性的必備資料。

地基垂直應(yīng)力分在的規(guī)律如下：

①沿集中荷載作用線，應(yīng)力逐新衰減。

②在地層內(nèi)任一水平面上，應(yīng)力呈鐘形分布，最大值在荷載作用線上。

③連接地基內(nèi)z3/R3×R2等于某常量的點(diǎn)，得許多卵形線圈，稱壓力泡。

布森涅斯克解答還包括一點(diǎn)的水平應(yīng)力和剪應(yīng)力分量。由應(yīng)力基本解答可知，土中水平應(yīng)力分量還受土的泊松比的影響。另外，當(dāng)?shù)鼗翆佑蓮椥阅Ａ拷厝徊煌膬蓚€(gè)分層構(gòu)成時(shí)，如果上層的彈性模量大，則上層中的應(yīng)力將比按均質(zhì)土層算得的大，即產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；反之將比按均質(zhì)土層算得的小，即出現(xiàn)應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象。

實(shí)際工程中，常需要計(jì)算不同荷載截面形狀和不同荷載分布條件下地基中各點(diǎn)的應(yīng)力。這時(shí)，可將荷截面分成多個(gè)分塊，將分塊范圍內(nèi)的荷載合力視為集中荷載，然后按上述方法分別求各分荷載對(duì)同一點(diǎn)的應(yīng)力，再予以疊加。對(duì)于某些形狀規(guī)則的荷載面(矩形、圓形、條形等）和荷載分布呈直線的情況，可以用積分法代替上述疊加法，這些結(jié)果已有現(xiàn)成的應(yīng)力表或應(yīng)力圖可查 。2100433B

由建筑物荷重在地基中引起的應(yīng)力。能使地基土層發(fā)生壓縮而引起地基沉降,甚至使整個(gè)地基發(fā)生滑動(dòng)。其大小與建筑物的荷重、基礎(chǔ)尺寸、類型、砌置深度及土層結(jié)構(gòu)等有關(guān)。

由建筑物荷重在地基中引起的應(yīng)力。能使地基土層發(fā)生壓縮而引起地基沉降,甚至使整個(gè)地基發(fā)生滑動(dòng)。其大小與建筑物的荷重、基礎(chǔ)尺寸、類型、砌置深度及土層結(jié)構(gòu)等有關(guān)。2100433B

中性應(yīng)力和有效應(yīng)力

土是一種以固體顆粒為骨架的有孔物質(zhì)，孔隙中部分地或全部充滿著水，水不能承受剪應(yīng)力，但能承受正應(yīng)力，所以飽和土體中某平面上由荷載引起的剪應(yīng)力只能由土骨架承受，而正應(yīng)力則可能由土骨架和孔隙水共同承受。由于正應(yīng)力中由孔隙水傳遞的那一部分只能對(duì)土粒四周或不透水邊界加壓，并不能使土骨架受力和產(chǎn)生體積壓縮，也不直接影響土的抗剪強(qiáng)度，土的壓縮和強(qiáng)度實(shí)際上是受土骨架傳遞的那一部分正應(yīng)力所控制，所以土力學(xué)中常將由孔隙水傳遞的正應(yīng)力部分，稱為中性應(yīng)力(u),而將由土骨架傳遞的正應(yīng)力部分，稱為有效應(yīng)力(σ′),兩者的代數(shù)和稱總應(yīng)力（σ）。為了確定實(shí)際控制土的力學(xué)效應(yīng)的有效應(yīng)力，需先確定被考慮平面上的總應(yīng)力，然后按照該平面上孔隙水的受力條件確定中性應(yīng)力（包括靜水壓力和可引起水流動(dòng)的超靜水壓力）， 有效應(yīng)力就可用代數(shù)式σ′=σ-u計(jì)算。

自重應(yīng)力和初始應(yīng)力

在研究自重應(yīng)力時(shí)，通常把天然地面下的土體理想化成為一個(gè)以水平面為邊界的、水平向均質(zhì)同性的半空間體，土層分界面也被假定成水平面。這樣的土體在水平面和垂直平面上都不會(huì)由于自重產(chǎn)生剪應(yīng)力,所以這些面都是主平面,它的自重應(yīng)力狀態(tài)就可用三個(gè)主應(yīng)力表示（見圖）。對(duì)正常壓密的土層，距地面深度h處的垂直總應(yīng)力為σ1=∑γihi，式中hi和γi分別為第i層土的厚度和容量。與σ1相應(yīng)的有效應(yīng)力σí=σ－u。當(dāng)孔隙水處于或接近于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在地下水位處u=0；在地下水位以下某一深度z處u=γwz;在地下水位以上的毛細(xì)水飽和區(qū)中的某一高度z′處u=－γwz′，式中γw為孔隙水容重。 距地面h深度處的水平有效應(yīng)力則可表為σ姟=σ岉=K0σí,式中K0為計(jì)算點(diǎn)所在土層的靜止側(cè)壓力系數(shù)，可通過(guò)試驗(yàn)或按經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)，其值一般小于 1。如果現(xiàn)地面是經(jīng)過(guò)地質(zhì)剝蝕后遺留下來(lái)的，或者所考慮的土層曾受過(guò)其他的超壓密作用,則K0可能大于1。這樣求得的σ1、σ2和σ3就代表天然土層中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。

應(yīng)變關(guān)系　土的變形和強(qiáng)度是土的最重要的工程性質(zhì)。60年代以前，在工程上通常分別確定土的變形和強(qiáng)度指標(biāo)，不考慮強(qiáng)度與變形間的相互影響。因?yàn)橥恋膽?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是非線性的并具有彈塑性、 甚至粘彈塑性特征，而當(dāng)時(shí)的計(jì)算技術(shù)，尚無(wú)法進(jìn)行分析。隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)值分析法的普及,已可能把土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系納入土工建筑物的分析計(jì)算中。正常固結(jié)粘土和松砂的剪應(yīng)力和軸向應(yīng)變的曲線呈雙曲線型，在整個(gè)剪切過(guò)程中，土的體積發(fā)生收縮，這類土具有應(yīng)變硬化的特性。 超固結(jié)粘土和密實(shí)砂的應(yīng)力-應(yīng)變曲線則有峰值，其后應(yīng)變?cè)僭龃髸r(shí),則土的強(qiáng)度下降,最后達(dá)穩(wěn)定值。剪切過(guò)程中,土的體積先有輕微壓縮,隨后即不斷膨脹，這類土具有應(yīng)變軟化的特征。為了使用數(shù)學(xué)方程描述各類土的應(yīng)力-應(yīng)變特性,現(xiàn)已有各種非線性彈性、彈塑性和粘彈塑性模型。利用這些模型和數(shù)值分析法，可以分析一些復(fù)雜邊界條件和不均質(zhì)土體的變形和穩(wěn)定問題。但是這些模型中所對(duì)應(yīng)的土的參數(shù),目前尚難正確測(cè)定,土體的原始應(yīng)力狀態(tài)也難確定，因而還難于在工程中普遍應(yīng)用。